石油石化往復(fù)壓縮機(jī)RCM分析及應(yīng)用

曲 磊

（深圳中海油服深水技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

中海油服深水技術(shù)有限公司在動設(shè)備完整性管理方面已經(jīng)開展了大量的研究與實踐工作：2010 年發(fā)布動設(shè)備完整性管理解決方案，明確動設(shè)備全生命周期各階段重點控制環(huán)節(jié)；2015年，以惠州石化五廠為試點，開展動設(shè)備完整性管理試點應(yīng)用項目，促進(jìn)了動設(shè)備完整性管理技術(shù)在煉化領(lǐng)域的推廣應(yīng)用；2016年，中國海洋石油總公司規(guī)劃計劃部牽頭編制了設(shè)備設(shè)施完整性管理體系建設(shè)及實施方案課題研究報告。本報告是在中國海油系統(tǒng)內(nèi)開展設(shè)備設(shè)施完整性管理總體規(guī)劃，為推動各單位有計劃、有目標(biāo)地開展設(shè)備設(shè)施完整性管理工作奠定基礎(chǔ)。在報告中的技術(shù)完整性部分，明確了動設(shè)備實施完整管理的技術(shù)方法以及相應(yīng)的內(nèi)容。

對煉化動設(shè)備完整性管理技術(shù)實施項目，將借鑒以往動設(shè)備完整性管理工作經(jīng)驗和研究成果，結(jié)合煉化公司動設(shè)備特點和現(xiàn)場實際需求，通過對高壓加氫裂化裝置往復(fù)壓縮機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的RCM（Reliability Centred Maintenance，以可靠性為中心的維修）分析，優(yōu)化維修策略，有效控制設(shè)備運行風(fēng)險，提升設(shè)備可靠性，為實現(xiàn)動設(shè)備完整性管理奠定基礎(chǔ)。

1 往復(fù)壓縮機(jī)RCM 分析實施過程

通過對煉化公司往復(fù)壓縮機(jī)現(xiàn)場調(diào)研，針對高壓加氫裂化裝置新氫壓縮機(jī)和106-K-102 進(jìn)行詳細(xì)的RCM 分析，制定出有針對性的維修策略，將設(shè)備的風(fēng)險控制在合理、可接受的范圍內(nèi)，并進(jìn)行有效管控，為實現(xiàn)設(shè)備全生命周期的完整性管理提供支持。

1.1 RCM 分析技術(shù)路線

煉化公司往復(fù)壓縮機(jī)RCM 分析項目的應(yīng)用技術(shù)路線：先進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研收集數(shù)據(jù)，詳細(xì)了解裝置和設(shè)備的情況；對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗整理和RAM（Reliability-Availability-Maintainability，可靠性、可用性及維修性）回歸分析，RBD（Reliability Block Diagrams，可靠性方塊圖）建模等預(yù)處理，為詳細(xì)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；然后對設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的RCM 分析；最后依據(jù)RCM 分析結(jié)果，維修策略仿真優(yōu)化，維修策略本地化，對壓縮機(jī)的維修策略和維修任務(wù)進(jìn)行修改完善，不斷提高設(shè)備的可靠性（圖1）。

圖1 RCM 分析應(yīng)用流程

1.2 數(shù)據(jù)收集

設(shè)備的RCM 分析，需要根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點、使用情況、運行情況、故障情況、維修情況等歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行，主要收集新氫壓縮機(jī)的以下數(shù)據(jù)。

（1）設(shè)備基本信息。主要包括：①設(shè)備臺賬（包括設(shè)備詳細(xì)參數(shù)等）；②設(shè)備工藝流程圖，設(shè)備結(jié)構(gòu)圖紙，系統(tǒng)的邏輯控制圖紙/ESD（Emergency Shutdown Device，緊急停車）圖紙；③廠家技術(shù)資料：操作規(guī)程、維護(hù)手冊、作業(yè)指導(dǎo)書等；④動設(shè)備管理系統(tǒng)功能模塊。

（2）運行和故障數(shù)據(jù)。主要包括：①設(shè)備運行記錄，運行方案；②設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)記錄；③設(shè)備故障維修記錄，大修記錄和大修方案；④設(shè)備變更記錄，故障聯(lián)鎖停車記錄；⑤狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用實施情況，控制系統(tǒng)監(jiān)控參數(shù)，狀態(tài)監(jiān)測分析評估報告。

（3）經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。主要包括：①設(shè)備故障經(jīng)濟(jì)損失（每天）；②關(guān)鍵設(shè)備的維修成本。

（4）備件數(shù)據(jù)。主要包括：①備件庫存方式、采購策略、更換策略；②備件明細(xì)，入庫、出庫記錄。

1.3 風(fēng)險矩陣

風(fēng)險矩陣用來評估由于設(shè)備故障而給企業(yè)帶來的風(fēng)險。為了使分析更有針對性、分析結(jié)果更符合石化的實際情況，進(jìn)行RCM 分析之前與煉化公司共同確定使用《HSE-01-02 煉化公司公司危險源辨識與風(fēng)險評價管理辦法》附件4：風(fēng)險矩陣評價法。

從人員傷亡情況、財產(chǎn)損失、法律法規(guī)符合性、環(huán)境破壞和對企業(yè)聲譽損壞5 個方面對后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行評價取值，取5 項得分最高的分值作為其最終的S 值。從偏差發(fā)生頻率、安全檢查、操作規(guī)程、員工勝任程度、控制措施5 個方面對危害事件發(fā)生的可能性進(jìn)行評價取值，取五項得分的最高的分值作為其最終的L 值。確定了S 和L 值后，根據(jù)R（R=L×S）值的大小將風(fēng)險級別分為以下5 級（圖2）。

圖2 風(fēng)險矩陣

R=17～25：關(guān)鍵風(fēng)險（Ⅰ級紅色），需要立即停止作業(yè)

R=13～16：重要風(fēng)險（Ⅱ級灰色），需要消減的風(fēng)險

R=8～12：中度風(fēng)險（Ⅲ級黃色），需要特別控制的風(fēng)險

R=4～7：低度風(fēng)險（Ⅳ級淺綠色），需要關(guān)注的風(fēng)險

R=1～3：輕微風(fēng)險（Ⅴ深綠色級），可接受或可容許風(fēng)險

1.4 數(shù)據(jù)處理

收集到的數(shù)據(jù)先進(jìn)行預(yù)處理，再進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括數(shù)據(jù)清洗整理和數(shù)據(jù)回歸。

定義設(shè)備邊界是確定該臺設(shè)備RCM 分析的范圍，幫助管理人員及現(xiàn)場維護(hù)人員在設(shè)備子系統(tǒng)的界定以及所包含可維修部件的范圍上形成共識。在研究和討論設(shè)備系統(tǒng)故障現(xiàn)象、故障模式及故障原因以及故障歷史記錄時，在同一層次的分析中使用共同的標(biāo)準(zhǔn)，有利于同類設(shè)備間可靠性數(shù)據(jù)的交流。該項目參照ISO 14224 標(biāo)準(zhǔn)定義設(shè)備邊界。

篩選關(guān)鍵部件就是對不同的部件發(fā)生故障的可能性以及故障后在安全、環(huán)境、生產(chǎn)、和維修成本等方面的影響大小進(jìn)行綜合分析，對有較大影響的部件，一旦出現(xiàn)故障將造成重大影響和損失，屬于關(guān)鍵部件。

篩選出的關(guān)鍵部件進(jìn)行故障模式及其影響分析（Failure Mode and Effect Analysis，F(xiàn)MEA）。故障模式是設(shè)備發(fā)生故障時維護(hù)人員所能觀察或通過儀器檢測到的故障現(xiàn)象，如振動大、過熱、泄漏、低輸出、不能啟動等。設(shè)備故障模式分析包括兩部分的數(shù)據(jù)：在該設(shè)備上已經(jīng)發(fā)生過的故障；在功能、結(jié)構(gòu)相似的其他設(shè)備上發(fā)生過的故障。

根據(jù)ISO 14224 標(biāo)準(zhǔn)，在該項目中的故障模式均進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，并進(jìn)行編碼和編號。

故障模式影響分析從故障發(fā)生的頻率以及發(fā)生后對安全、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和維修成本等方面的影響，故障發(fā)生的頻率和每一種影響分成不同的等級，通過風(fēng)險矩陣進(jìn)行分析。

每一種故障模式的背后都隱含著各種故障原因，只有找到故障原因才能采取針對性措施避免或減少故障。

故障原因的描述直接影響維修策略的制定，故障原因的描述遵循以下原則：①故障原因的描述至少由“一個名詞+一個動詞”組成；②動詞要描述清楚具體的原因；③故障原因的層次不可太高也不可太低，將故障原因描述到足以能夠選擇相應(yīng)的維修策略即可；④故障原因的分析應(yīng)當(dāng)分析到維護(hù)人員有能力解決的層面，而并非一味的追求根本原因。

對故障原因進(jìn)行邏輯決斷分析制定相應(yīng)的維修策略和維修工作內(nèi)容。RCM 邏輯決斷分析的流程始于決斷圖的頂部，通過對問題回答“是”或“否”確定分析流程的方向（圖3）。通過對每一個故障原因進(jìn)行邏輯決斷分析，制定出相應(yīng)的有效的維修策略、維修工作內(nèi)容、所需要的工種和維修間隔期等。

（1）是否隱蔽。根據(jù)故障模式判斷該故障對于現(xiàn)場使用及維護(hù)人員來說是否是隱蔽的故障。如果現(xiàn)場使用及維護(hù)人員能夠觀察到或通過檢測儀器檢測到該故障，則該故障為非隱蔽性故障，否則為隱蔽性故障，一般需要解體檢查才能夠觀察到。

（2）是否關(guān)鍵。根據(jù)FMEA 分析結(jié)果定義該故障模式是否是關(guān)鍵的。如果該故障模式發(fā)生頻率較高或者對安全、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和維修成本的影響較大，則該故障模式被認(rèn)為是關(guān)鍵的，需要進(jìn)行詳細(xì)的分析；否則該故障模式被認(rèn)為是非關(guān)鍵的，因此在后面不進(jìn)行相關(guān)的分析。

圖3 邏輯決斷圖

（3）狀態(tài)監(jiān)測是否有效。是否有合適的狀態(tài)監(jiān)測方法可以監(jiān)測到該故障原因?qū)?yīng)的故障模式。如果有相應(yīng)的離線監(jiān)測、在線監(jiān)測、油樣分析、紅外熱成像檢測和電機(jī)靜態(tài)監(jiān)測等狀態(tài)監(jiān)測方法可以監(jiān)測到，則狀態(tài)監(jiān)測是有效的，否則狀態(tài)監(jiān)測是無效的。

（4）是否與使用時間相關(guān)。故障原因是否與使用時間相關(guān)，如軸承的磨損會隨著使用時間的延長而增加，但是突發(fā)故障的發(fā)生與使用時間無關(guān)。

（5）是否有P-F 曲線。故障從潛在故障發(fā)展到功能故障有一定的間隔期，稱為P-F 間隔期。是否有適當(dāng)?shù)腜-F 間隔期，讓維修人員有足夠的時間對潛在故障進(jìn)行處理。

1.5 維修策略本地化

為了使維修策略和維修任務(wù)更符合現(xiàn)場實際，實現(xiàn)維修策略本地化，對通過RCM 分析制定的維修策略和維修任務(wù)，與現(xiàn)場設(shè)備使用和管理人員進(jìn)行討論。在討論的過程中，現(xiàn)場設(shè)備使用和管理人員根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，對維修策略、維修任務(wù)和維修間隔期等提出意見，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

討論修改完善后的維修策略和維修任務(wù)，能得到現(xiàn)場人員的支持和配合，提高了維修工單的可執(zhí)行性和執(zhí)行率，保證RCM 分析結(jié)果在現(xiàn)場的有效實施。

2 往復(fù)壓縮機(jī)維護(hù)建議

為使壓縮機(jī)處于良好的運行狀態(tài)，減少故障，提高壓縮機(jī)的可靠性和可利用率，本RCM 項目在壓縮機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)、故障數(shù)據(jù)、維修策略等方面進(jìn)行了深入優(yōu)化，為切實確保安全生產(chǎn)，必須根據(jù)項目結(jié)果強化對壓縮機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)工作。下面根據(jù)項目結(jié)果，對煉化公司的壓縮機(jī)提出以下維護(hù)建議。

2.1 以項目成果優(yōu)化維修任務(wù)

維修任務(wù)的優(yōu)化是此次項目的一個重要收益，此次項目中以決策樹的科學(xué)方法，根據(jù)故障特征、故障后果對煉化公司2臺壓縮機(jī)的維修策略進(jìn)行選擇判斷和優(yōu)化，用以指導(dǎo)壓縮機(jī)的維修工作，基于RCM 維修策略優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行設(shè)備維修維護(hù)，可降低設(shè)備故障風(fēng)險，提升設(shè)備可靠性。現(xiàn)基于《新氫壓縮機(jī)維修策略前后的對比》《循環(huán)氫壓縮機(jī)維修策略前后的對比》，列舉項目維修策略分析結(jié)果對維修任務(wù)優(yōu)化的指導(dǎo)，以及所能產(chǎn)生的效果。

以新氫壓縮機(jī)為例?；赗CM 項目前的維修任務(wù)，新氫壓縮機(jī)的潤滑油系統(tǒng)共存在10 個重要風(fēng)險（II 級），在本次項目中對其維修策略進(jìn)行優(yōu)化，實施優(yōu)化后的維修任務(wù)后，設(shè)備風(fēng)險可降低至輕微風(fēng)險/中度風(fēng)險。

基于RCM 項目前的維修任務(wù)，新氫壓縮機(jī)的壓縮機(jī)本體共存在34 個重要風(fēng)險（II 級），在本次項目中對其維修策略進(jìn)行優(yōu)化，實施優(yōu)化后的維修任務(wù)后，設(shè)備風(fēng)險可降低至輕微風(fēng)險/中度風(fēng)險。

新氫壓縮機(jī)和循環(huán)氫壓縮機(jī)都是煉化公司特級維護(hù)設(shè)備，設(shè)備管理中心動設(shè)備工程師、電氣、儀表專業(yè)、運行部和維護(hù)單位應(yīng)派相關(guān)專業(yè)工程師參加特護(hù)小組，特護(hù)巡檢內(nèi)容：①檢查機(jī)組運行情況（振動、溫度、壓力、位移等）；②檢查機(jī)組潤滑油系統(tǒng)運行情況；③檢查機(jī)組工藝系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)（密封系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等）。

巡檢的結(jié)果記錄在《單元特護(hù)設(shè)備巡檢記錄》《往復(fù)式壓縮機(jī)監(jiān)測記錄》《往復(fù)式壓縮機(jī)專項檢查表》中，故障的征兆并不能及時反饋到設(shè)備中心動設(shè)備工程師。

2.2 建議將特護(hù)巡檢加入電子點檢管理

電子點檢管理是煉化公司預(yù)防維修的重要組成部分。通過電子點檢可及時掌握設(shè)備的狀態(tài)，及時了解設(shè)備劣化發(fā)展的趨勢，為管理人員制定維修策略和維修計劃提供第一手資料，如任務(wù)自動下發(fā)提醒點檢人員及時進(jìn)行點檢作業(yè)、到位點檢保證點檢人員點檢質(zhì)量、自動上傳到中心數(shù)據(jù)庫保證數(shù)據(jù)的時效性、自動報警功能等。

不同于紙質(zhì)記錄，智能點檢對點檢的條目設(shè)定了報警線，當(dāng)點檢的結(jié)果觸發(fā)了報警線，系統(tǒng)會輸出紅色報警提醒，提示點檢人員設(shè)備存在缺陷或隱患，需要引起足夠的重視。

3 結(jié)束語

RCM 分析成果是基于國際標(biāo)準(zhǔn)的將設(shè)備管理流程標(biāo)準(zhǔn)化，通過培訓(xùn)加考核的方式，讓操作人員對所使用的設(shè)備要做到“四懂”（懂原理、懂結(jié)構(gòu)、懂用途、懂性能）、“三會”（會正確使用、會維護(hù)保養(yǎng)、會排除故障），將有效提升設(shè)備管理操作人員整體素質(zhì)。

RCM 分析中對設(shè)備結(jié)構(gòu)的分解，結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)庫和現(xiàn)場人員經(jīng)驗，將壓縮機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化至零部件層級，讓操作人員對設(shè)備結(jié)構(gòu)達(dá)成統(tǒng)一共識，提高操作人員對設(shè)備的了解程度和內(nèi)部溝通效率。此外，故障分析結(jié)果也能夠幫助人員熟悉設(shè)備發(fā)生于未發(fā)生的故障，提高故障判斷和處理能力；維修策略結(jié)果幫助人員掌握維修策略，形成閉環(huán)，提升基層設(shè)備管理水平。對煉化公司壓縮機(jī)進(jìn)行的設(shè)備結(jié)構(gòu)分解結(jié)果、故障分析結(jié)果、風(fēng)險評估結(jié)果、維修策略結(jié)果，對設(shè)備管理和操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，加強設(shè)備維修管理人員對壓縮機(jī)的了解程度和維護(hù)保養(yǎng)能力（表1）。

表1 循環(huán)氫壓縮機(jī)實施RCM 前后風(fēng)險點數(shù)量